JPH11118473A - 表面粗さ形状測定機のデータ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピックアップを移動させる駆動系の誤差を適
切に除去し、高精度の表面粗さ形状測定を可能にする表
面粗さ形状測定機のデータ処理装置を提供する。 【解決手段】ピックアップ１０が固定され、該ピックア
ップ１０を測定方向に移動させる駆動部１２のシャフト
１８の真直度精度は、表面粗さ形状測定の測定データに
誤差成分として影響する。そこで出荷時にオプティカル
フラットを測定することによってこのシャフト１８の真
直度精度を予め補正データとしてＳＲＡＭに記録してお
き、実測の際に測定データからＳＲＡＭに記録した補正
データを減算することにより測定データからシャフト１
８の真直度精度による誤差成分を適切に除去することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面粗さ形状測定機
のデータ処理装置に係り、特に表面粗さ形状測定によっ
て測定した測定データを各種データ処理する表面粗さ形
状測定機のデータ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面粗さ形状測定機は、触針を被測定物
の表面上で移動させ、そのときの触針の変位により表面
粗さ形状を測定するというものである。触針を揺動自在
に支持してその変位を検出するピックアップは、例えば
駆動モータによって軸方向に進退移動するシャフトに固
定され、このシャフトによって高さが一定に保持（ピッ
クアップ横向き使用時）された状態で測定方向に直線的
に移動する。従って、触針は被測定物の表面上で水平に
移動するとともに、被測定面の面形状の凹凸に従って変
位し、その触針の変位によって表面粗さ形状が測定され
る。

【０００３】ピックアップによって検出された触針の変
位データはデータ処理装置に入力され、このデータ処理
装置によって被測定物の断面曲線や粗さ曲線等が求めら
れるとともに、各種表面粗さパラメータ（測定面の中心
線平均粗さ、最大高さ、１０点平均粗さ等）の演算等が
行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ピ
ックアップを固定するシャフトの加工精度（真直度精
度）には限界があり、シャフトの真直度精度が測定デー
タに影響を与えるという問題がある。即ち、シャフトが
進退移動すると、シャフトの真直度精度によってピック
アップの高さが微量に変化するため、ピックアップによ
って検出される触針の変位量にこの真直度精度に起因す
る誤差成分が含まれる。例えば、仮に理想的な平面を測
定した場合にでも、得られた測定データは理想的な平面
（直線）を示さず、測定データにはシャフトの真直度精
度に起因するうねり等が現れる。

【０００５】このため、従来の表面粗さ形状測定におい
ては、上記シャフト等のピックアップの駆動系の精度に
よって、測定精度に限界が生じるという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ピッ
クアップを移動させる駆動系による誤差を適切に除去
し、高精度の表面粗さ形状測定を可能にする表面粗さ形
状測定機のデータ処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、被測定面の表面粗さ形状を測定する表面粗
さ形状測定機のデータ処理装置において、前記表面粗さ
形状測定機の検出部の駆動部材の各移動位置において駆
動機構固有に発生する前記検出部の変位成分を記録した
記録手段と、被測定面の表面粗さ形状測定時に前記駆動
部材の各移動位置において検出される前記検出部の変位
量を入力する入力手段と、前記記録手段に記録された前
記検出部の変位成分に基づいて前記入力手段によって入
力した前記駆動部材の各移動位置における前記検出部の
変位量から前記駆動機構固有に発生する変位成分を除去
する補正手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、表面粗さ形状測定機の検
出部を移動させる駆動部材の加工精度等によって駆動機
構固有に生じる検出部の変位成分、即ち誤差成分を予め
記録手段に記録しておき、この記録手段に記録した誤差
成分に基づいて、被測定物の表面粗さ形状測定時に入力
手段によって入力した検出部の変位量から前記駆動機構
固有に生じる誤差成分を補正手段によって除去する。こ
れにより、駆動部材の加工精度等の駆動機構の駆動精度
に制限されることなく、高精度の表面粗さ形状測定を行
うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る表面粗さ形状測定機のデータ処理装置の好ましい実施
の形態について詳説する。図１は本発明に係るデータ処
理装置が適用される表面粗さ形状測定機の一実施の形態
を示す全体構成図である。同図に示すように、表面粗さ
形状測定機は、ピックアップ１０、駆動部１２、データ
処理装置１４とから構成される。

【０００９】ピックアップ１０は上下方向に揺動する触
針１６を有し、触針１６の変位を内部の差動トランスに
より電気信号に変換し、その触針１６の変位量を示す信
号（変位信号）をデータ処理装置１４に出力する。ま
た、ピックアップ１０は、同図に示すように駆動部１２
のシャフト１８に連結具２０、２２、２４によって所望
の高さ、姿勢で固定されるようになっている。

【００１０】駆動部１２は、上記データ処理装置１４か
ら入力される駆動信号に基づいて、上記シャフト１８を
内部モータによって同図矢印Ａ方向（シャフト１８の軸
方向）に進退移動させる。これにより、上記ピックアッ
プ１０がシャフト軸の方向に移動し、ピックアップ１０
の触針１６が被測定物２６の表面上を直線的に移動す
る。図２は、駆動部１２の内部構成図であり、図３は図
２におけるＡ−Ａ矢視図である。図２に示すようにケー
シング６０の前面に設けられた孔６０Ａを挿通するよう
にシャフト１８がガイド部材６２、６２、６４、６４に
よってスライド自在に支持される。図３に示すようにシ
ャフト１８の下面側と右側面側にはそれぞれガイド部材
６２、６４が設けられるとともに、シャフト１８の傾斜
面１８Ａにはバネにより付勢された押圧部材６６が押し
当てられる。これにより、シャフト１８は軸方向以外の
移動が規制される。

【００１１】また、図２に示すようにシャフト１８の軸
と平行に送りネジ７０が軸受け７２、７２によって回動
自在に支持され、この送りネジ７０に螺合された送りナ
ット７４が連結部材７６を介してシャフト１８に固定さ
れる。送りネジ７０の一端にはギア７８が設けられ、こ
のギア７８はモータ８０によって回動するギア８２に噛
合される。したがって、モータ８０が回動すると、送り
ネジ７０が回動し、これと連動して送りナット７４が前
後に移動することによりシャフト１８が前後に移動す
る。

【００１２】図１に示すように駆動部１２は、ケーブル
を介してデータ処理装置１４に接続され、駆動部１２の
上記モータ８０はデータ処理装置１４によって駆動制御
されるようになっている。上記データ処理装置１４は、
測定時に上述のように上記駆動部１２に駆動信号を出力
し、モータ８０を回転させてシャフト１８を移動させ
る。その際、シャフト１８のホームポジション（電源投
入時におけるシャフト１８の初期位置であり、シャフト
１８が駆動部１２外部に最も前進した位置）からの移動
量（以下、この移動量をホームポジションを原点とする
サンプリング座標又は単に座標という。）を検出すると
ともに、上記ピックアップ１０から触針１６の変位量を
示す測定データ（変位データ）を入力する。そして入力
した測定データから断面曲線、粗さ曲線、表面粗さパラ
メータ等の各種演算を行う。

【００１３】図４は、上記データ処理装置１４の内部構
成を示したブロック図である。同図に示すように、デー
タ処理装置１４は、ＣＰＵ４０を搭載し、上記ピックア
ップ１０から出力された変位信号はＡ／Ｄ変換器４２を
介してＣＰＵ４０に入力される。また、ＣＰＵ４０から
駆動回路４４に駆動信号が出力され、この駆動信号に基
づいて駆動回路４４が駆動部１２の内部モータを駆動さ
せ、上記シャフト１８を移動させる。同時に、シャフト
１８のホームポジションからの移動量、即ちサンプリン
グ座標が駆動回路４４からＣＰＵ４０に入力されるよう
になっている。

【００１４】同図に示すフラッシュＲＯＭ４６には制御
プログラムが記録されており、この制御プログラムはデ
ータ処理装置１４の起動時にＤＲＡＭ４８に読みだされ
て、ＣＰＵ４０によってその制御プログラムが実行され
るようになっている。また、ＤＲＡＭ４８には、上述の
ようにピックアップ１０や駆動部１２からＣＰＵ４０に
入力された測定データ（サンプリング座標や変位デー
タ）や、ＣＰＵ４０によって行われる各種演算の結果デ
ータ等が一時的に記録される。

【００１５】また、データ処理装置１４は入力パネル等
の入力装置５０やＬＣＤ等の表示装置５２、プリンタ５
４を備えており、入力装置５０によって測定内容の設定
等の各種操作が行われるとともに、表示装置５２やプリ
ンタ５４によって測定結果や演算結果等が表示又はプリ
ント出力される。更に、データ処理装置１４にはＳＲＡ
Ｍ５６が搭載される。このＳＲＡＭ５６には駆動部１２
のシャフト１８の真直度精度による測定データの誤差を
補正する補正データが出荷時において記録される。ＣＰ
Ｕ４０はピックアップ１０から測定データ（変位デー
タ）を入力すると、ＳＲＡＭ５６から補正データを読み
出し、補正データによって変位データに含まれる誤差成
分を除去する（真直度補正）。

【００１６】次に上記真直度補正の詳細について説明す
る。上述したようにピックアップ１０は駆動部１２のシ
ャフト１８に固定され、シャフト１８の移動によってピ
ックアップ１０の触針１６が測定面上を移動する。その
際、ピックアップ１０から入力される触針１６の変位デ
ータには、シャフト１８の真直度精度によって生じる誤
差成分が含まれる。例えば、理想的な平面を測定した場
合に得られる変位データは本来直線を示さなくてはなら
ないが、シャフト１８の真直度の影響によって直線を示
さない変位データが得られる。

【００１７】そこで、上記データ処理装置１４は出荷時
において例えば、光波干渉による平面度測定に用いられ
るガラス板（オプティカルフラット）の表面を測定し、
これによって得られた変位データを補正データとして上
記ＳＲＡＭ５６に記録している。この補正データは、図
５（Ａ）に示すように電源投入時のシャフト１８の位置
をホームポジションとし、そのホームポジションを原点
とするサンプリング座標（シャフト１８の移動量）の各
座標点で検出された触針１６の変位量であり、シャフト
１８の真直度を示している。尚、各座標点における変位
量は各座標点で得られた変位量の最小二乗平均値を基準
値０として与えられている。

【００１８】これに対して、実際の被測定物を実測した
際に、図５（Ｂ）に示すような測定データ（変位デー
タ）が得られたとすると各座標点で検出された変位量に
は上記シャフト１８の真直度精度による誤差が含まれ
る。即ち、各座標点に対して図５（Ａ）に示した変位量
の誤差成分が含まれている。そこで、この被測定物の測
定によって得られた測定データの各座標点における変位
量から補正データの同点における変位量を減算すること
により、測定データから上記誤差成分を除去することが
できる。補正後の測定データを図５（Ｃ）に示す。

【００１９】尚、図６に示すように、測定データ（補正
前）ｐが、補正データｍ、ｎが記録されている座標点の
間で得られた場合には、隣接する補正データｍ、ｎを直
線ｌで補間し、その補間によって得られる測定データ
（補正前）ｐの座標点の値ｄを測定データｐから減算す
る。これにより補正後の測定データｐ′が得られる。図
７は、上記真直度補正の手順を示したフローチャートで
ある。まず、出荷時にオプティカルフラットを測定し、
上述のように駆動部１２固有の上乗せされる形状をサン
プリングし、ＳＲＡＭ５６に記録する（ステップＳ１
０）。

【００２０】次に、実際に測定を行う際に電源がオンさ
れるとシャフト１８をホームポジションに移動させ、サ
ンプリング座標のリセットを行う。これにより、実測時
におけるサンプリングとＳＲＡＭ５６に保存されている
補正データの座標をあわせる（ステップＳ１２）。尚、
シャフト１８の任意の位置を測定開始位置とする場合に
は、補正データの読み出し開始座標を測定開始位置に応
じて適宜変更すればよい。

【００２１】次いで被測定物の測定（サンプリング）時
に各座標点において測定データが得られる毎に上記補正
データを減算し、真直度補正を実行する（ステップＳ１
４）。そして、真直度補正を行った測定データを真の測
定データとしてＤＲＡＭ４８に格納し（ステップＳ１
６）、この測定データを用いて断面曲線、粗さ曲線、そ
の他表面粗さパラメータ等の演算を実行する。

【００２２】以上、上記実施の形態では、ピックアップ
１０を進退移動させるシャフト１８によって移動させる
場合にシャフト１８の加工精度の誤差を除去する場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、ピックアッ
プ１０を他の駆動機構によって移動させる場合に、その
駆動機構が測定データ上に固有の形状（誤差成分）を上
乗せするようなときには、上記実施の形態と同様に予め
オプティカルフラットを測定することによりその誤差成
分を検出しておき、実際に被測定物を測定した際に測定
データからその誤差成分を減算するようにしてもよい。
また、上記実施の形態のようにピックアップ１０を駆動
部１２により移動させて触針１６を被測定面上で移動さ
せる構成ではなく、触針を他の機構によって移動させる
ものや、触針を使用せずに光学的に表面粗さ形状を測定
するものに対しても、被測定面上の測定位置を移動する
ための駆動機構が固有の形状（誤差成分）を示す場合に
は、上述と同様にしてその誤差成分を除去することがで
きる。

【００２３】また、上記実施の形態では、補正データを
出荷時にＳＲＡＭ５６に記録するようにしたが、これに
限らず、ユーザが適宜オプティカルフラットを測定して
その測定データを補正データとしてＳＲＡＭ５６に記録
できるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、
補正データを測定する際のピックアップ１０と実測時の
ピックアップ１０の検出感度が同一であるものとして説
明したが、補正データの測定時と実測時のピックアップ
１０の検出感度が異なることもあるため、補正データ測
定時のピックアップ１０の検出感度を基準として実測時
のピックアップ１０の検出感度に応じて補正データを変
倍処理するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る表面粗
さ形状測定機のデータ処理装置によれば、表面粗さ形状
測定機の検出部を移動させる駆動部材の加工精度等によ
って駆動機構固有に生じる検出部の変位成分、即ち誤差
成分を予め記録手段に記録しておき、この記録手段に記
録した誤差成分に基づいて、被測定物の表面粗さ形状測
定時に入力手段によって入力した検出部の変位量から前
記駆動機構固有に生じる誤差成分を補正手段によって除
去するようにしたため、駆動部材の加工精度等に起因す
る駆動機構の駆動精度に制限されることなく、高精度の
表面粗さ形状測定を行うことができる。

【００２５】また、検出部の検出感度に応じて適宜記録
手段に記録された誤差成分の値を一定倍率により増加・
減少させることにより、ピックアップの検出感度に適切
に対応させて測定データを補正することができ、さらに
測定と同時に、得られた測定データから順に補正するこ
とにより、補正のための時間を削減することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るデータ処理装置が適用さ
れる表面粗さ形状測定機の全体構成図である。

【図２】図２は、駆動部の内部を示した構成図である。

【図３】図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視図である。

【図４】図４は、データ処理装置の内部構成を示した構
成図である。

【図５】図５（Ａ）は、補正データの一例を示した図で
あり、図５（Ｂ）は、補正前の測定データの一例を示し
た図であり、図５（Ｃ）は、補正後の測定データを示し
た図である。

【図６】図６は、測定データを補正データの補間により
補正する場合を示した説明図である。

【図７】図７は、真直度補正の手順を示したフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０…ピックアップ １２…駆動部 １４…データ処理装置 １６…触針 １８…シャフト ４０…ＣＰＵ（中央演算処理装置） ４８…ＤＲＡＭ ５６…ＳＲＡＭ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定面の表面粗さ形状を測定する表面
   粗さ形状測定機のデータ処理装置において、 前記表面粗さ形状測定機の検出部の駆動部材の各移動位
   置において駆動機構固有に発生する前記検出部の変位成
   分を記録した記録手段と、 被測定面の表面粗さ形状測定時に前記駆動部材の各移動
   位置において検出される前記検出部の変位量を入力する
   入力手段と、 前記記録手段に記録された前記検出部の変位成分に基づ
   いて前記入力手段によって入力した前記駆動部材の各移
   動位置における前記検出部の変位量から前記駆動機構固
   有に発生する変位成分を除去する補正手段と、 を備えたことを特徴とする表面粗さ形状測定機のデータ
   処理装置。
2. 【請求項２】 前記記録手段は、理想的な平面を表面粗
   さ形状測定し、該測定時に前記駆動部材の各移動位置に
   おいて検出される前記検出部の変位量を記録したことを
   特徴とする請求項１の表面粗さ形状測定機のデータ処理
   装置。
3. 【請求項３】 前記補正手段は、前記記録手段に記録さ
   れた前記駆動機構固有に発生する前記検出部の変位成分
   を、表面粗さ形状測定時に使用する検出部の検出感度に
   応じた倍率で変換し、該変換した変位成分を前記入力手
   段によって入力した前記検出部の変位量から減算するこ
   とを特徴とする請求項１の表面粗さ形状測定機のデータ
   処理装置。